Форма кометы. Кометы по отношению к Земле

КОМЕТЫ (от греческого κομήτης - волосатый, косматый), небольшие по размеру и массе небесные тела Солнечной системы, обращающиеся вокруг Солнца по сильно вытянутым орбитам и резко повышающие свою яркость при сближении с Солнцем. Вблизи Солнца кометы выглядят на небе как светящиеся шары, за которыми тянется длинный хвост (рис. 1). Кометы представляют собой ледяные небесные тела (иногда называемые космическими айсбергами), яркое свечение которых создаётся рассеянием солнечного света и другими физическими эффектами. Полное название комет включает в себя имена открывателей (не более трёх), год открытия, прописную букву латинского алфавита и число, указывающие, в какой момент года была открыта комета, и префикс, обозначающий тип кометы (Р - короткопериодическая комета, С - долгопериодическая комета, D - разрушившаяся комета и пр.). Ежегодно в любительский телескоп можно наблюдать примерно 10-20 комет.

Исторически появление комет на небе считалось дурным предзнаменованием, предвещающим несчастья и катастрофы. Споры о природе комет (атмосферной или космической) продолжались на протяжении 2 тысяч лет и завершились лишь в 18 веке (смотри Кометная астрономия). Значительный прогресс в изучении комет был достигнут в 20 веке благодаря полётам к кометам космических аппаратов.

Общие сведения о кометах. Кометы вместе с астероидами, метеороидами и метеорной пылью относятся к малым телам Солнечной системы. Общее число комет в Солнечной системе чрезвычайно велико, оно оценивается величиной не менее 10 12 . кометы подразделяются на два основных класса: короткопериодические и долгопериодические с периодом обращения соответственно менее и более 200 лет. Общее число комет, наблюдавшихся в историческое время (в том числе на параболических и гиперболических орбитах), близко к 1000. Из них известно около 100 короткопериодических комет, регулярно сближающихся с Солнцем. Орбиты этих комет надёжно вычислены. Такие кометы называют «старыми», в отличие от «новых» долгопериодических комет, которые, как правило, наблюдались во внутренних областях Солнечной системы лишь однажды. Большинство короткопериодических комет входит в так называемые семейства планет-гигантов, находясь на близких к ним орбитах. Наиболее многочисленным является семейство Юпитера, насчитывающее сотни комет, среди которых известно свыше 50 самых короткопериодических комет с периодом обращения вокруг Солнца от 3 до 10 лет. Меньше наблюдаемых комет включают семейства Сатурна, Урана и Нептуна; к последнему, в частности, принадлежит знаменитая Галлея комета.

Основные резервуары, содержащие ядра комет, расположены на периферии Солнечной системы. Это Койпера пояс, находящийся вблизи плоскости эклиптики непосредственно за орбитой Нептуна, в пределах 30-100 а. е. от Солнца, и сферическое по форме Оорта облако, расположенное примерно на половине расстояния до ближайших звёзд (30-60 тысяч а. е.). Облако Оорта периодически испытывает гравитационные возмущения со стороны гигантских межзвёздных газово-пылевых облаков, галактического диска и звёзд (при случайных сближениях) и поэтому не имеет чётко выраженной внешней границы. Кометы могут покидать облако Оорта, пополняя межзвёздную среду, и вновь возвращаться. Тем самым кометы играют роль своеобразных зондов ближайших к Солнечной системе областей Галактики.

Вследствие аналогичных возмущений некоторые тела из облака Оорта попадают во внутренние области Солнечной системы, переходя на высокоэллиптические орбиты. Эти тела при сближении с Солнцем наблюдаются как долгопериодические кометы. Под влиянием гравитационных возмущений со стороны планет (в первую очередь Юпитера и других планет-гигантов) они либо пополняют известные семейства короткопериодических комет, регулярно возвращающихся к Солнцу, либо переходят на параболические и даже гиперболические орбиты, навсегда покидая Солнечную систему. Основным источником короткопериодических комет служит пояс Койпера. Вследствие гравитационных возмущений Нептуном объектов пояса Койпера относительно небольшая доля населяющих пояс ледяных тел постоянно мигрирует во внутренние области Солнечной системы.

Движение комет по орбите. Кометы движутся по орбитам с большим эксцентриситетом и наклонением к плоскости эклиптики. Движение происходит и в прямом (как у планет), и в обратном направлении. Кометы испытывают сильные приливные возмущения при прохождении вблизи планет, что приводит к существенному изменению их орбит (и, соответственно, сложностям прогноза движений комет и точного определения эфемерид). Вследствие этих изменений орбит многие кометы выпадают на Солнце.

Результаты вычислений элементов орбит комет публикуются в специальных каталогах; например, каталог, составленный в 1997, содержит орбиты 936 комет, свыше 80% которых наблюдалось только один раз. В зависимости от положения на орбите блеск комет изменяется на несколько порядков, достигая максимума вскоре после прохождения перигелия и минимума в афелии. Абсолютная звёздная величина комет в первом приближении обратно пропорциональна R 4 , где R - расстояние от Солнца. Как правило, короткопериодические кометы обращаются вокруг Солнца не более нескольких сотен раз. Поэтому время их жизни ограничено и обычно не превышает 100 тысяч лет.

Активная фаза существования кометы заканчивается, когда исчерпывается запас летучих веществ в ядре или поверхность ядра кометы покрывается оплавленной пылеледяной коркой, возникающей вследствие многократных сближений кометы с Солнцем. После окончания активной фазы ядро кометы по своим физическим свойствам становится подобным астероиду, поэтому резкой границы между астероидами и кометами нет. Более того, возможен и обратный эффект: астероид может начать проявлять признаки кометной активности при растрескивании его поверхностной корки по тем или иным причинам.

Нерегулярность орбит комет приводит к плохо прогнозируемой вероятности их столкновений с планетами, что дополнительно усложняет проблему астероидно-кометной опасности. Столкновением Земли с осколком ядра комет, возможно, было вызвано тунгусское событие 1908 года (смотри Тунгусский метеорит). В 1994 наблюдалось выпадение на Юпитер (рис. 2) более 20 фрагментов комет Шумейкеров - Леви 9 (разорванной в ближайшей окрестности планеты приливными силами), что привело к катастрофическим явлениям в атмосфере Юпитера.

Строение и состав комет. Кометы состоят из ядра, атмосферы (комы) и хвоста. Ядра нерегулярной формы имеют небольшие размеры - от единиц до десятков километров и, соответственно, очень малую массу, не оказывающую заметного гравитационного влияния на планеты и другие небесные тела. Ядра комет вращаются относительно оси, почти перпендикулярной плоскости их орбиты, с периодом от нескольких единиц до нескольких десятков часов. Для ядер комет характерна низкая отражательная способность (альбедо 0,03-0,04), поэтому вдали от Солнца кометы не видны. Исключение составляет комета Энке: период обращения этой кометы всего 3,31 года, она относительно мало удаляется от Солнца и её можно наблюдать на всём протяжении орбиты.

Остальные элементы кометной структуры образуются при сближении кометы с Солнцем. Вблизи перигелия орбиты за счёт сублимации вещества ядра и выноса пыли с его поверхности возникает кома. Размер пылинок в коме составляет в основном 10 -7 -10 -6 м, но присутствуют и более крупные частицы. Кома представляет собой ярко светящуюся туманную оболочку поперечником свыше 100 тысяч км. Внутри комы в окрестности ядра выделяют наиболее яркий сгусток - голову кометы, а за пределами комы - водородную корону (гало). Из комы вытягивается хвост протяжённостью в десятки миллионов км: сравнительно слабосветящаяся полоса, не имеющая, как правило, чётких очертаний и направленная преимущественно в сторону, противоположную Солнцу. Интенсивная сублимация и вынос пыли создают реактивную силу; этот негравитационный эффект также оказывает влияние на нерегулярность кометных орбит.

Ядра комет обладают очень низкой средней плотностью, обычно не превышающей сотен кг/м 3 . Это свидетельствует о пористой структуре ядер (рис. 3), состоящих в основном из водяного льда и некоторых низкотемпературных конденсатов (углекислый, аммиачный, метановый льды) с примесью силикатов, графита, металлов, углеводородов и других органических соединений. Значительную долю ядра составляют пыль и более крупные каменистые фрагменты. Обилие водяного льда в составе комет объясняется тем, что молекула воды является самой распространённой в Солнечной системе.

Измерения, проведённые при сближении с кометой космических аппаратов, в целом подтвердили гипотезу о том, что ядро представляет собой «грязный снежный ком». Подобная модель ядра комет была предложена в середине 20 века американским астрономом Ф. Уипплом. Кома состоит в основном из нейтральных молекул воды, водорода, углерода (С 2 , С 3), ряда радикалов (ОН, CN, CH, NH и др.) и светится благодаря процессам люминесценции. Она частично ионизована коротковолновым солнечным излучением, создающим ионы ОН + , СО + , СН + и др. При взаимодействии этих ионов с плазмой солнечного ветра возникает наблюдаемое излучение в УФ и рентгеновской областях спектра.

При сублимации льдов в атмосферу одновременно интенсивно выносится пыль, за счёт которой в основном создаётся хвост кометы. Согласно классификации, предложенной ещё во 2-й половине 19 века Ф. А. Бредихиным, различают три типа кометных хвостов: I - прямые и узкие, направленные в противоположную от Солнца сторону; II - широкие, изогнутые и несколько отклонённые относительно направления от Солнца; III - прямые, короткие и сильно отклонённые от направления от Солнца. В 20 веке С. В. Орлов разработал физическую основу данной классификации в соответствии с механизмом образования хвоста. Хвост типа I создаётся плазмой, взаимодействующей с солнечным ветром, хвост типа II - частицами пыли субмикронных размеров, подверженными воздействию светового давления, хвост типа III - совокупностью мелких и более крупных частиц, испытывающих различное ускорение под действием гравитационных сил и светового давления.

Вследствие такого механизма образования положение в пространстве хвостов типа III менее чёткое, оно не совпадает с антисолнечным направлением и отклонено назад относительно орбитального движения. Иногда в структуре хвоста наблюдаются изогнутые линии - так называемые синдинамы, или даже веер синдинам, созданных пылинками разных размеров.

Изменения, происходящие с кометами в разных точках её орбиты и в течение жизни, в значительной степени определяются нестационарными процессами тепломассопереноса в пористом ядре и формированием неоднородной структуры поверхности, с которой происходит сублимация. Кинетическое моделирование этих процессов позволило получить представление о состоянии газа в коме. Вблизи ядер активных комет течение газа в полусфере, обращённой к Солнцу, близко к равновесному, плотность газа быстро падает по мере удаления от поверхности ядра. Из-за адиабатического расширения газа в межпланетный вакуум температура составляет несколько кельвинов на расстоянии от ядра около 100 км. В окрестности оси симметрии образуется хорошо выраженная струя (джет), обусловленная интенсивным выносом газа и пыли. (На изображении ядра кометы Галлея, полученном при пролёте вблизи него КА «Джотто», видны несколько джетов.) Такую неравномерность сублимации с поверхности ядра можно объяснить тепловыми деформациями, вызывающими разломы и трещины в поверхностной корке кометы.

В результате интенсивного выделения пыли короткопериодических комет вдоль её орбиты образуются пылевые торы. Эти торы периодически пересекает Земля в своём движении по орбите, что вызывает метеорные потоки.

Значение комет для космогонии . Происхождение комет, вероятно, связано с гравитационным выбросом ледяных тел из области образования планет-гигантов (смотри в статье Космогония). Поэтому исследования комет способствуют решению фундаментальной проблемы происхождения и эволюции Солнечной системы. Кометы представляют большой научный интерес, прежде всего с точки зрения космохимии, поскольку содержат первичное вещество, из которого образовалась Солнечная система. Считается, что кометы и наиболее примитивный класс астероидов (углистые хондриты) сохранили в своём составе частицы протопланетного облака и газопылевого аккреционного диска. В качестве реликтов формирования планет (планетезималей) кометы претерпели наименьшие изменения в процессе эволюции. Поэтому информация о составе комет позволяет наложить достаточно строгие ограничения на диапазон параметров, используемых при разработке космогонических моделей.

В то же время, по современным представлениям, сами кометы могли сыграть важную роль в эволюции Земли и других планет земной группы в качестве источника летучих элементов и их соединений (в первую очередь воды). Как показали результаты математического моделирования, за счёт этого источника Земля могла получить количество воды, сопоставимое с объёмом её гидросферы. Примерно такие же количества воды могли получить Венера и Марс, что говорит в пользу гипотезы о существовании на них древних океанов, потерянных в ходе последующей эволюции. Кометы рассматриваются также как возможные носители первичных форм жизни. Проблема возникновения жизни на планетах связывается, в частности, с транспортом вещества внутри и вне пределов Солнечной системы и миграционно-столкновительными процессами, ключевую роль в которых играют кометы.

Лит.: Орлов С. В. О природе комет. М., 1960; Добровольский О. В. Кометы. М., 1966; Physics and chemistry of comets. В.; N. Y., 1990; Yeomans D. Comets: а chronological history of observation; science, myth and folklore. N. Y., 1991; Comets in the post-Hailey era. Dordrecht, 1991. Vol. 1-2; Маров М. Я. Физические свойства и модели комет // Астрономический вестник. Исследования Солнечной системы. 1994. Т. 28. № 4-5; он же. Малые тела Солнечной системы и некоторые проблемы космогонии // Успехи физических наук. 2005. Т. 175. № 6.

Комета - это такое же небесное тело, как Земля или Луна, только небольших размеров (в ядре до 20 км). Кометы движутся вокруг Солнца по сильно вытянутым орбитам. Когда мы видим комету, она похожа на яркую точку с длинным сверкающим хвостом. Ученые считают, что кометы — это шары, состоящие из замороженной воды и газа, смешанных с частицами пыли и камня. Ученые полагают, что 100000 млн. комет вращаются вокруг Земли.

Появление комет - явление достаточно редкое. Это необычное небесное тело совсем не похоже на «падающую звезду». Во все века появление «хвостатых чудищ» вызывало у людей страх. Они считали кометы дьявольским предзнаменованием, предвестником чумы, войн, смерти.

Сегодня мы знаем, что такое кометы, однако многое о них остается неясным. Когда мы впервые замечаем комету, мы наблюдаем только небольшой светлый объект, хотя сама комета может достигать нескольких тысяч километров в диаметре.

Источником света является «голова», или ядро кометы. Ученые считают, что она, возможно, состоит из сгустка твердых частиц и газов. Для нас остается загадкой, откуда они взялись.

С приближением к Солнцу у кометы появляется хвост. Он состоит из очень разреженного газа и мельчайших частиц, которые срываются с ядра кометы под воздействием Солнца. Ядро кометы окружает ее третья часть, называемая «оболочкой». Это светящееся облако твердого вещества, которое может достигать в диаметре 250 000 км и более.

Хвосты комет различны по форме и размеру. Одни — короткие и широкие, другие — длинные и тонкие. Обычно их длина достигает порядка 10 млн км, а иногда — 180 млн км. А у некоторых комет вообще нет хвоста.

По мере того, как растет хвост, возрастает скорость движения кометы, так как она приближается к Солнцу. В это время комета движется головой вперед. А затем происходит нечто странное. Комета, удаляясь от Солнца, движется хвостом вперед. Это происходит оттого, что лучи Солнца срывают с ядра кометы мельчайшие частицы материи, образуя хвост кометы, в направлении, обратном Солнцу.

Поэтому при удалении кометы от Солнца она движется хвостом вперед. В это время скорость движения кометы падает, и мы постепенно теряем ее из вида. Кометы могут исчезать на многие годы, но большинство постепенно возвращается. Кометы вращаются вокруг Солнца, для некоторых требуется много времени, чтобы совершить один полный оборот. Например, комета Галлея совершает один оборот вокруг Солнца почти за 75 лет. В настоящее время астрономы зарегистрировали почти 1000 комет, но в нашей Солнечной системе может быть несколько сотен тысяч комет, невидимых для нас.

Комете нужны столетия, чтобы совершить один круг по своей орбите. Мы можем наблюдать комету только тогда, когда она проходит рядом с Солнцем. Затем Солнце превращает лед ядра кометы в газ. Радиация, исходящая от Солнца, проходит через газы и ионизирует их, что является причиной свечения газов.

Каждые 76 лет около Земли появляется большая комета. Она называется кометой Галлея. Впервые Галлея была изображена на китайском рисунке в 168 г. до н.э. В 1682 году Эдмунд Галлей, британский королевский астроном, наблюдал движение этой кометы, и после тщательной проверки своих записей он решил, что именно эта комета появляется каждые 76 лет. Ее видели в Англии в 1066 году, накануне битвы при Гастингсе. В 1986 году был запущен космический корабль для сбора данных о комете Галлея. Он передал на Землю 2000 фотографий, показывающих форму и размеры кометы. Оказалось, что комета Галлея в 2 раза больше, чем думали ученые. Ее длина свыше 16 км, а ширина - почти 10 км.

Маленькое ядро кометы является единственной её твёрдой частью, в нём сосредоточена почти вся её масса. Поэтому ядро - первопричина всего остального комплекса кометных явлений. Ядра комет до сих пор всё ещё недоступны телескопическим наблюдениям, так как они вуалируются окружающей их светящейся материей, непрерывно истекающей из ядер. Применяя большие увеличения, можно заглянуть в более глубокие слои светящейся газопылевой оболочки, но и то, что останется, будет по своим размерам всё ещё значительно превышать истинные размеры ядра. Центральное сгущение, видимое в атмосфере кометы визуально и на фотографиях, называется фотометрическим ядром. Считается, что в центре его находится собственно ядро кометы, то есть располагается центр масс. Однако, как показал советский астроном Д.О. Мохнач, центр масс может не совпадать с наиболее яркой областью фотометрического ядра. Это явление носит название эффекта Мохнача.

Туманная атмосфера, окружающая фотометрическое ядро, называется комой. Кома вместе с ядром составляют голову кометы - газовую оболочку, которая образуется в результате прогревания ядра при приближении к Солнцу. Вдали от Солнца голова выглядит симметричной, но с приближением к нему она постепенно становится овальной, затем удлиняется ещё сильнее и в противоположной от Солнца стороне из неё развивается хвост, состоящий из газа и пыли, входящих в состав головы.

Ядро - самая главная часть кометы. Однако до сих пор нет единодушного мнения, что оно представляет собой на самом деле. Ещё во времена Лапласа существовало мнение, что ядро кометы - твёрдое тело, состоящее из легко испаряющихся веществ типа льда или снега, быстро превращающихся в газ под воздействием солнечного тепла. Эта классическая ледяная модель кометного ядра была существенно дополнена в последнее время. Наибольшим признанием пользуется разработанная Уиплом модель ядра - конгломерата из тугоплавких каменистых частиц и замороженной летучей компоненты (метана, углекислого газа, воды и др.). В таком ядре ледяные слои из замороженных газов чередуются с пылевыми слоями. По мере прогревания газы, испаряясь, увлекают за собой облака пыли. Это позволяет объяснить образование газовых и пылевых хвостов у комет, а также способность небольших ядер к газовыделению.

Согласно Уиплу механизм истечения вещества из ядра объясняется следующим образом. У комет, совершивших небольшое число прохождений через перигелий, - так называемых «молодых» комет - поверхностная защитная корка ещё не успела образоваться, и поверхность ядра покрыта льдами, поэтому газовыделение протекает интенсивно путём прямого испарения. В спектре такой кометы преобладает отражённый солнечный свет, что позволяет спектрально отличать «старые» кометы от «молодых». Обычно «молодыми» называются кометы, имеющие большие полуоси орбит, так как предполагается, что они впервые проникают во внутренние области Солнечной системы. «Старые» кометы - это кометы с коротким периодом обращения вокруг Солнца, многократно проходившие свой перигелий. У «старых» комет на поверхности образуется тугоплавкий экран, так как при повторных возвращениях к Солнцу поверхностный лед, подтаивая, «загрязняется». Этот экран хорошо защищает находящийся под ним лёд от воздействия солнечного света.

Модель Уипла объясняет многие кометные явления: обильное газовыделение из маленьких ядер, причину негравитационных сил, отклоняющих комету от расчётного пути. Потоки, истекающие из ядра, создают реактивные силы, которые и приводят к вековым ускорениям или замедлениям в движении короткопериодических комет.

Существуют также другие модели, отрицающие наличие монолитного ядра: одна представляет ядро как рой снежинок, другая - как скопление каменно-ледяных глыб, третья говорит о том, что ядро периодически конденсируется из частиц метеорного роя под действием гравитации планет. Всё же наиболее правдоподобной считается модель Уипла.

Массы ядер комет в настоящее время определяются крайне неуверенно, поэтому можно говорить о вероятном диапазоне масс: от нескольких тонн (микрокометы) до нескольких сотен, а возможно, и тысяч миллиардов тонн (от 10 до 10- 10 тонн).

Кома кометы окружает ядро в виде туманной атмосферы. У большинства комет кома состоит из трёх основных частей, заметно отличающихся своими физическими параметрами:

наиболее близкая, прилегающая к ядру область - внутренняя, молекулярная, химическая и фотохимическая кома,

видимая кома, или кома радикалов,

ультрафиолетовая, или атомная кома.

На расстоянии в 1 а.е. от Солнца средний диаметр внутренней комы D= 10км, видимой D= 10- 10км и ультрафиолетовой D= 10км.

Во внутренней коме происходят наиболее интенсивные физико-химические процессы: химические реакции, диссоциация и ионизация нейтральных молекул. В видимой коме, состоящей в основном из радикалов (химически активных молекул) (CN, OH, NH и др.), процесс диссоциации и возбуждения этих молекул под действием солнечной радиации продолжается, но уже менее интенсивно, чем во внутренней коме.

Л.М. Шульман на основании динамических свойств вещества предложил делить кометную атмосферу на следующие зоны:

пристеночный слой (область испарения и конденсации частиц на ледяной поверхности),

околоядерную область (область газодинамического движения вещества),

переходную область,

область свободномолекулярного разлёта кометных частиц в межпланетное пространство.

Но не для всякой кометы должно быть обязательным наличие всех перечисленных атмосферных областей.

По мере приближения кометы к Солнцу диаметр видимой головы день ото дня растёт, после прохождения перигелия её орбиты голова снова увеличивается и достигает максимальных размеров между орбитами Земли и Марса. В целом для всей совокупности комет диаметры голов заключены в широких пределах: от 6000 км до 1 млн. км.

Головы комет при движении кометы по орбите принимают разнообразные формы. Вдали от Солнца они круглые, но по мере приближения к Солнцу, под воздействием солнечного давления, голова принимает вид параболы или цепной линии.

С.В. Орлов предложил следующую классификацию кометных голов, учитывающую их форму и внутреннюю структуру:

Тип E; - наблюдается у комет с яркими комами, обрамлёнными со стороны Солнца светящимися параболическими оболочками, фокус которых лежит в ядре кометы.

Тип C; - наблюдается у комет, головы которых в четыре раза слабее голов типа E и по внешнему виду напоминают луковицу.

Тип N; - наблюдается у комет, у которых отсутствует и кома и оболочки.

Тип Q; - наблюдается у комет, имеющих слабый выступ в сторону Солнца, то есть аномальный хвост.

Тип h; - наблюдается у комет, в голове которых генерируются равномерно расширяющиеся кольца - галосы с центром в ядре.

Наиболее впечатляющая часть кометы - её хвост. Хвосты почти всегда направлены в противоположную от Солнца сторону. Хвосты состоят из пыли, газа и ионизированных частиц. Поэтому в зависимости от состава частицы хвостов отталкиваются в противоположную от Солнца сторону силами, исходящими из Солнца.

Ф. Бессель, исследуя форму хвоста кометы Галлея, впервые объяснил её действием отталкивающих сил, исходящих из Солнца. Впоследствии Ф.А. Бредихин разработал более совершенную механическую теорию кометных хвостов и предложил разбить их на три обособленные группы, в зависимости от величины отталкивающего ускорения.

Анализ спектра головы и хвоста показал наличие следующих атомов, молекул и пылевых частиц:

Органические C, C, CCH, CN, CO, CS, HCN, CHCN.

Неорганические H, NH, NH, O, OH, HO.

Металлы - Na, Ca, Cr, Co, Mn, Fe, Ni, Cu, V, Si.

Ионы - CO, CO, CH, CN, N, OH, HO.

Пыль - силикаты (в инфракрасной области).

Механизм свечения кометных молекул был расшифрован в 1911 году К. Шварцшильдом и Е. Кроном, которые пришли к выводу, что это механизм флуоресценции, то есть переизлучения солнечного света.

Иногда в кометах наблюдаются достаточно необычные структуры: лучи, выходящие под различными углами из ядра и образующие в совокупности лучистый хвост; галосы - системы расширяющихся концентрических колец; сжимающиеся оболочки - появление нескольких оболочек, постоянно двигающихся к ядру; облачные образования; омегообразные изгибы хвостов, появляющиеся при неоднородностях солнечного ветра.

Также существуют и нестационарные процессы в головах комет: вспышки яркости, связанные с усилением коротковолновой радиации и корпускулярных потоков; разделение ядер на вторичные фрагменты.

Проект «Вега» («Венера - комета Галлея») был одним из самых сложных в истории космических исследований. Он состоял из трёх частей: изучение атмосферы и поверхности Венеры при помощи посадочных аппаратов, изучение динамики атмосферы Венеры при помощи аэростатных зондов, пролёт через кому и плазменную оболочку кометы Галлея.

Автоматическая станция «Вега-1» стартовала с космодрома Байконур 15 декабря 1984 года, через 6 дней за ней последовала «Вега-2». В июне 1985 года они друг за другом прошли вблизи Венеры, успешно проведя исследования, связанные с этой частью проекта.

Но самой интересной была третья часть проекта - исследования кометы Галлея. Космическим аппаратам впервые предстояло «увидеть» ядро кометы, неуловимое для наземных телескопов. Встреча «Веги-1» с кометой произошла 6 марта, а «Веги-2» - 9 марта 1986 года. Они прошли на расстоянии 8900 и 8000 километров от её ядра.

Самой важной задачей в проекте было исследование физических характеристик ядра кометы. Впервые ядро рассматривалось как пространственно разрешённый объект, были определены его строение, размеры, инфракрасная температура, получены оценки его состава и характеристик поверхностного слоя.

В то время ещё не представлялось технической возможности совершить посадку на ядро кометы, так как слишком велика была скорость встречи - в случае с кометой Галлея это 78 км/с. Опасно было даже пролетать на слишком близком расстоянии, так как кометная пыль могла разрушить космический аппарат. Расстояние пролёта было выбрано с учётом количественных характеристик кометы. Использовалось два подхода: дистанционные измерения с помощью оптических приборов и прямые измерения вещества (газа и пыли), покидающего ядро и пересекающего траекторию движения аппарата.

Оптические приборы были размещены на специальной платформе, разработанной и изготовленной совместно с чехословацкими специалистами, которая поворачивалась во время полёта и отслеживала траекторию движения кометы. С ёе помощью проводились три научных эксперимента: телевизионная съёмка ядра, измерение потока инфракрасного излучения от ядра (тем самым определялась температура его поверхности) и спектра инфракрасного излучения внутренних «околоядерных» частей комы на длинах волн от 2,5 до 12 микрометров с целью определения его состава. Исследования ИК излучения проводились при помощи инфракрасного спектрометра ИКС.

Итоги оптических исследований можно сформулировать следующим образом: ядро - вытянутое монолитное тело неправильной формы, размеры большой оси - 14 километров, в поперечнике - около 7 километров. Каждые сутки его покидают несколько миллионов тонн водяного пара. Расчёты показывают, что такое испарение может идти от ледяного тела. Но вместе с тем приборы установили, что поверхность ядра чёрная (отражательная способность менее 5%) и горячая (примерно 100 тысяч градусов Цельсия).

Измерения химического состава пыли, газа и плазмы вдоль траектории полёта показали наличие водяного пара, атомных (водород, кислород, углерод) и молекулярных (угарный газ, диоксид углерода, гидроксил, циан и др.) компонентов, а также металлов с примесью силикатов.

Проект был осуществлён при широкой международной кооперации и с участием научных организаций многих стран. В результате экспедиции «Вега» учёные впервые увидели кометное ядро, получили большой объём данных о его составе и физических характеристиках. Грубая схема была заменена картиной реального природного объекта, ранее никогда не наблюдавшегося.

В настоящее время NASA готовит три больших экспедиции. Первая из них называется «Stardust» («Звёздная пыль»). Она предполагает запуск в 1999 году космического аппарата, который пройдёт в 150 километрах от ядра кометы Wild 2 в январе 2004 года. Основная его задача: собрать для дальнейших исследований кометную пыль с помощью уникальной субстанции, называемой «аэрогель». Второй проект носит название «Contour» («COmet Nucleus TOUR»). Аппарат будет запущен в июле 2002 года. В ноябре 2003 года он встретится с кометой Энке, в январе 2006 года - с кометой Швассмана-Вахмана-3, и, наконец, в августе 2008 года - с кометой d"Arrest. Он будет оснащён совершенным техническим оборудованием, которое позволит получить высококачественные фотографии ядра в различных спектрах, а также собрать кометные газ и пыль. Проект также интересен тем, что космический аппарат при помощи гравитационного поля Земли может быть переориентирован в 2004-2008 году на новую комету. Третий проект - самый интересный и сложный. Он называется «Deep Space 4» и входит в программу исследований под названием «NASA New Millennium Program». В его ходе предполагается посадка на ядро кометы Tempel 1 в декабре 2005 года и возвращение на Землю в 2010 году. Космический аппарат исследует ядро кометы, соберёт и доставит на Землю образцы грунта.

Наиболее интересными событиями за последние несколько лет стали: появление кометы Хейла-Боппа и падение кометы Шумахера-Леви 9 на Юпитер.

Комета Хейла-Боппа появилась на небе весной 1997 года. Её период составляет 5900 лет. С этой кометой связаны некоторые интересные факты. Осенью 1996 года американский астроном-любитель Чак Шрамек передал во всемирную сеть Интернет фотографию кометы, на которой отчётливо был виден яркий белый объект неизвестного происхождения, слегка сплюснутый по горизонтали. Шрамек назвал его «Saturn-like object» (сатурнообразный объект, сокращённо - «SLO»). Размеры объекта в несколько раз превосходили размеры Земли.

Реакция официальных научных представителей была странной. Снимок Шрамека был объявлен подделкой, а сам астроном - мистификатором, но вразумительного объяснения характера SLO не было предложено. Снимок, опубликованный в Интернет, вызвал взрыв оккультизма, распространялось огромное количество рассказов о грядущем конце света, «мёртвой планете древней цивилизации», злобных пришельцах, готовящихся к захвату Земли с помощью кометы, даже выражение: «What the hell is going on?» («Что за чертовщина происходит?») перефразировали в «What the Hale is going on?»… До сих пор не ясно, что это был за объект, какова его природа.

Предварительный анализ показал, что второе «ядро» - звезда на заднем плане, но последующие снимки опровергли это предположение. С течением времени «глаза» опять соединились, и комета приняла первоначальный вид. Этот феномен также не был объяснён ни одним учёным.

Таким образом, комета Хейла-Боппа была не стандартным явлением, она дала учёным новый повод для размышлений.

Другим нашумевшим событием стало падение в июле 1994 года короткопериодической кометы Шумахера-Леви 9 на Юпитер. Ядро кометы в июле 1992 года в результате сближения с Юпитером разделилось на фрагменты, которые впоследствии столкнулись с планетой-гигантом. В связи с тем, что столкновения происходили на ночной стороне Юпитера, земные исследователи могли наблюдать лишь вспышки, отражённые спутниками планеты. Анализ показал, что диаметр фрагментов от одного до нескольких километров. На Юпитер упали 20 кометных осколков.

Учёные утверждают, что распад кометы на части - редкое событие, захват кометы Юпитером - ещё более редкое происшествие, а столкновение большой кометы с планетой - экстраординарное космическое событие.

Недавно в американской лаборатории на одном из самых мощных компьютеров Intel Teraflop с производительностью 1 триллион операций в секунду была просчитана модель падения кометы радиусом 1 километр на Землю. Вычисления заняли 48 часов. Они показали, что такой катаклизм станет смертельным для человечества: в воздух поднимутся сотни тонн пыли, закрыв доступ солнечному свету и теплу, при падении в океан образуется гигантское цунами, произойдут разрушительные землетрясения… По одной из гипотез, динозавры вымерли в результате падения большой кометы или астероида. В штате Аризона существует кратер диаметром 1219 метров, образовавшийся после падения метеорита 60 метров в диаметре. Взрыв был эквивалентен взрыву 15 миллионов тонн тринитротолуола. Предполагается, что знаменитый Тунгусский метеорит 1908 года имел диаметр около 100 метров. Поэтому учёные работают сейчас над созданием системы раннего обнаружения, уничтожения или отклонения крупных космических тел, пролетающих недалеко от нашей планеты.

комета обнаружение уничтожение космический тело

Классификация и виды комет

Обозначения планет

До 1994 года кометам сначала давали временные обозначения , состоявшие из года их открытия и латинской строчной буквы , которая указывает порядок их открытия в данном году (например, комета 1969i была девятой кометой, открытой в 1969 году).

После того, как комета проходила перигелий , её орбита надежно устанавливалась, после чего комета получала постоянное обозначение , состоявшее из года прохождения перигелия и римского числа, указывавшего на порядок прохождения перигелия в данном году . Так комете 1969i было дано постоянное обозначение 1970 II (вторая комета, прошедшая перигелий в 1970 году).

Начиная с 1994г в название кометы входит год открытия, буква, обозначающая половину месяца, в котором произошло открытие, и номер открытия в этой половине месяца . Перед обозначением кометы ставят префикс , указывающий на природу кометы . Используются следующие префиксы:

Обозначения комет с 1994 года

Пример: C/1995 O1 Долгопериодическая комета /1995 г./1 открытая в Августе

Размеры и форма комет

Когда астрономы говорят о размерах кометы, то под этим подразумевают размеры ядра кометы. Размеры комет лежат в широком диапазоне. Обычно ядра комет не превышают 10-15 км в поперечнике, а чаще всего имеют размеры 1-5 км. У кометы Лавджоя, ядро составляло 120 м., у кометы Хейла-Боппа ядро было не менее 70 км в диаметре.Но такие кометы большая редкость

Классификация кометных орбит

Комета ISON — долгопериодическая околосолнечная комета

Орбита и скорость

На рисунке показаны эллиптические орбиты двух комет, а также почти круговые орбиты планет и параболическая орбита. На расстоянии, которое отделяет Землю от Солнца, круговая скорость равна 29,8 км/с, а параболическая - 42,2 км/с.

Вблизи Земли скорость кометы Энке равна 37,1 км/с, а скорость кометы Галлея - 41,6 км/с; именно поэтому комета Галлея уходит значительно дальше от Солнца, чем комета Энке.

Движение ядра кометы полностью определяется притяжением Солнца. Форма орбиты кометы, зависит от ее скорости и расстояния до Солнца .

(v p) = 1,4 v c - орбита параболическая

Средняя скорость тела обратно пропорциональна квадратному корню из его среднего расстояния до Солнца (a). Если скорость всегда перпендикулярна радиусу-вектору, направленному от Солнца к телу, то орбита круговая, а скорость называют круговой скоростью (vc) на расстоянии a.

Скорость ухода из гравитационного поля Солнца по параболической орбите (v p ) в 1,4 раз больше круговой скорости на этом расстоянии. Если скорость кометы меньше v p , то она движется вокруг Солнца по эллиптической орбите и никогда не покидает Солнечной системы.

Но если скорость превосходит v p , то комета один раз проходит мимо Солнца и навсегда покидает его, двигаясь по гиперболической орбите

Кометы Солнечной системы всегда интересовали исследователей космического пространства. Вопрос о том, что из себя представляют данные явления, волнует и людей, далеких от изучения комет. Попробуем разобраться, как выглядит это небесное тело, может ли оно влиять на жизнедеятельность нашей планеты.

Содержание статьи:

Комета - это небесное тело, образовавшееся в Космосе, размеры которого достигают масштаба небольшого населенного пункта. Состав комет (холодные газы, пыль и обломки камней) делает подобное явление поистине уникальным. Хвост кометы оставляет шлейф, который исчисляется миллионами километров. Данное зрелище завораживает своей грандиозностью и оставляет больше вопросов, чем ответов.

Понятие кометы как элемента Солнечной системы

Рассмотрим подробно особенности комет:

• Кометы - это так называемые снежки, проходящие по своей орбите и имеющие в составе пыльные, скалообразные и газообразные скопления.
• Разогревание небесного тела происходит в течение периода приближения к главной звезде Солнечной системы.
• У комет отсутствуют спутники, которые характерны для планет.
• Системы образований в виде колец также не свойственны для комет.
• Размер данных небесных тел определить сложно и порой нереально.
• Кометы не поддерживают жизнь. Впрочем, их состав может служить определенным строительным материалом.

Особенности строения комет

Описание кометы можно распределить на характеристики ядра, комы и хвостовой части объекта. Это говорит о том, что нельзя назвать изучаемое небесное тело простой конструкцией.

Ядро кометы

Существует 3 теории, которые по-разному рассматривают строение ядра комет:

1. Теория «грязного снежка» . Это предположение наиболее распространено и принадлежит американскому ученому Фреду Лоуренсу Уипплу. По данной теории, твердый участок кометы - не что иное, как соединение льда и фрагментов вещества метеоритного состава. По мнению этого специалиста, различают старые кометы и тела более молодой формации. Структура их различна по причине того, что более зрелые небесные тела неоднократно приближались к Солнцу, что подплавило их изначальный состав.
2. Ядро состоит из пыльного материала . Теория была озвучена в начале 21 столетия благодаря изучению явления американской космической станцией. Данные этой разведки говорят о том, ядро - это пыльный материал очень рыхлого характера с порами, занимающими большинство его поверхности.
3. Ядро не может представлять из себя монолитную конструкцию . Далее гипотезы расходятся: подразумевают структуру в виде снежного роя, глыб каменно-ледяного скопления и метеоритного нагромождения вследствие влияния планетарных гравитаций.

Кома кометы

Можно обозначить три уровня комы, которые выглядят следующим образом:

• Внутренняя часть химического, молекулярного и фотохимического состава . Строение ее определяется тем, что в этой области сосредоточены и наиболее активизируются основные изменения, происходящие с кометой. Реакции химического плана, распад и ионизация нейтрально заряженных частиц - все это характеризует процессы, которые протекают во внутренней коме.
• Кома радикалов . Состоит из активных по своей химической природе молекул. В данном участке не наблюдается повышенной активности веществ, которая так характерна для комы внутреннего плана. Впрочем, и здесь продолжается процесс распада и возбуждения описываемых молекул в более спокойном и плавном режиме.
• Кома атомного состава . Ее еще называют ультрафиолетовой. Эту область атмосферы кометы наблюдают в водородной линии Лайман-альфа в удаленном ультрафиолетовом спектральном участке.

Хвост кометы

Федор Бредихин предложил классифицировать сверкающие шлейфы по таким подвидам:

1. Прямолинейные и узкоформатные хвосты . Данные составляющие кометы имеют направление от главной звезды Солнечной системы.
2. Немного деформированные и широкоформатные хвосты . Эти шлейфы уклоняются от Солнца.
3. Короткие и сильно деформированные хвосты . Такое изменение вызвано значительным отклонением от главного светила нашей системы.

• Пылевой хвост . Отличительной визуальной чертой данного элемента является то, что свечение его имеет характерный красноватый оттенок. Шлейф подобного формата - однородный по своей структуре, протягивается на миллион, а то и десяток миллионов километров. Образовался он за счет многочисленных пылинок, которые энергия Солнца отбросила на дальнее расстояние. Желтый оттенок хвоста объясняется рассеиванием пылинок солнечным светом.
• Хвост плазменной структуры . Этот шлейф гораздо обширнее, чем пылевой, потому что протяженность его исчисляется десятками, а порой и сотнями миллионов километров. Комета вступает во взаимодействие с солнечным ветром, от чего и возникает подобное явление. Как известно, солнечные вихревые потоки пронизаны большим количеством полей магнитной природы образования. Они, в свою очередь, сталкиваются с плазмой кометы, что приводит к созданию пары областей с диаметрально различной полярностью. Временами происходит эффектный обрыв этого хвоста и образование нового, что выглядит очень впечатляюще.
• Антихвост . Появляется он по другой схеме. Причина заключается в том, что направляется он в солнечную сторону. Влияние солнечного ветра на подобное явление крайне невелико, потому что в состав шлейфа входят пылевые частицы крупного размера. Наблюдать подобный антихвост реально только при моменте пересечения Землей орбитальной плоскости кометы. Дискообразное образование окружает небесное тело практически со всех сторон.

Основные разновидности комет

1. Короткопериодические кометы . Время обращения такой кометы не превышает 200 лет. На максимальной отдаленности от Солнца они не имеют хвостов, а только еле уловимую кому. При периодическом приближении к главному светилу шлейф появляется. Зафиксировано более четырехсот подобных комет, среди которых есть короткопериодичные небесные тела с термином обращения вокруг Солнца 3-10 лет.
2. Кометы с долгим периодом обращения . Облако Оорта, по мнению ученых, периодически поставляет таких космических гостей. Орбитальный термин данных явлений превышает отметку в двести лет, что делает изучение подобных объектов более проблематичным. Двести пятьдесят таких пришельцев дают основание утверждать, что на самом деле их миллионы. Не все из них настолько приближаются к главной звезде системы, что появляется возможность наблюдать за их деятельностью.

Самые известные кометы Солнечной системы

Существует большое количество комет, которые проходят через Солнечную систему. Но есть наиболее известные космические тела, о которых стоит поговорить.

Комета Галлея

Безусловно, некоторые долгопериодические кометы более эффектны, но 1P/Halley реально наблюдать даже невооруженным глазом. Этот фактор делает подобное явление уникальным и популярным. Практически тридцать зафиксированных появлений этой кометы порадовали сторонних наблюдателей. Периодичность их напрямую зависит от гравитационного влияния крупных планет на жизнедеятельность описанного объекта.

Скорость кометы Галлея по отношению к нашей планете поражает, потому что превышает все показатели деятельности небесных тел Солнечной системы. Сближение земной орбитальной системы с орбитой кометы можно наблюдать в двух точках. Это приводит к двум пыльным образованиям, которые в свою очередь формируют метеоритные потоки под названием Аквариды и Ореаниды.

Если рассматривать структуру подобного тела, то она мало чем отличается от других комет. При приближении к Солнцу наблюдается образование сверкающего шлейфа. Ядро кометы относительно мало, что может свидетельствовать о груде обломков в виде строительного материала для основы объекта.

Насладиться необыкновенным зрелищем прохождения кометы Галлея можно будет летом 2061 года. Обещается лучшая видимость грандиозного явления по сравнению с более чем скромным визитом в 1986 году.

Феноменальность данного открытия заключается в том, что в конце 90-х годов комету наблюдали без специальных аппаратов в течение десяти месяцев, что само по себе не может не удивлять.

Оболочка твердого ядра небесного тела довольно неоднородна. Обледеневшие участки не перемешанных газов соединены с углеродной окисью и прочими природными элементами. Обнаружение минералов, которые характерны для структуры земной коры, и некоторые метеоритные образования лишний раз подтверждают, что комета Хейла-Бопа возникла в пределах нашей системы.

Влияние комет на жизнедеятельность планеты Земля

Исландский вулкан Эйяфьятлайокудль начал свою активную и разрушительную двухгодичную деятельность, которая удивила многих ученых того времени. Случилось это практически сразу после того, как знаменитый император Бонапарт увидел комету. Возможно, это совпадение, но есть и другие факторы, которые заставляют задуматься.

Ранее описываемая комета Галлея странно повлияла на активность таких вулканов, как Руис (Колумбия), Тааль (Филиппины), Катмай (Аляска). Свое воздействие от этой кометы почувствовали люди, проживающие рядом с вулканом Коссуин (Никарагуа), который начал одну из самых разрушительных деятельностей тысячелетия.

Комета Энке стала причиной мощнейшего извержения вулкана Кракатау. Все это может зависеть от солнечной активности и деятельности комет, которые провоцируют при своем приближении к нашей планете некоторые ядерные реакции.

Падение комет является довольно редким. Однако некоторые специалисты считают, что Тунгусский метеорит относится как раз к подобным телам. В качестве аргументов они приводят такие факты:

• За пару дней до катастрофы наблюдалось появление зорь, которые своей пестротой свидетельствовали об аномальности.
• Возникновение такого явления, как белые ночи, в несвойственных для него местах сразу после падения небесного тела.
• Отсутствие такого показателя метеоритности, как наличие твердого вещества данной конфигурации.

Как выглядит комета - смотрите на видео:

Главная » Словарный запас » Форма кометы. Кометы по отношению к Земле